Machine d'extrusion : Qu'est-ce que le PTFE (polytétrafluoroéthylène) ?

machine d'extrusion PTFE
Le polytétrafluoroéthylène (PTFE) est un fluoropolymère multifonctionnel haute performance composé d'atomes de carbone et de fluor. Sa découverte a révolutionné le groupe des fluoropolymères et ouvert la voie à une grande variété d'applications.
L'une des applications courantes du PTFE est le revêtement antiadhésif des ustensiles de cuisine. Grâce à son inertie chimique et à la robustesse de la liaison carbone-fluor, il est fréquemment utilisé dans la fabrication de tuyaux et de cuves pour produits chimiques réactifs et corrosifs.

Comment est fabriqué le PTFE ?

Le procédé de fabrication du PTFE est très similaire à celui de tout autre polymère. Il est réalisé par polymérisation radicalaire en milieu aqueux, utilisant une polymérisation par addition de TFE selon un procédé intermittent.
La structure chimique du PTFE est identique à celle du polyéthylène ; la seule différence majeure réside dans le remplacement complet des atomes d'hydrogène par du fluor. Cependant, les méthodes de préparation duPEet le PTFE sont très différents.
La taille importante des atomes de fluor leur permet de former une couche de gaine uniforme et continue autour de la liaison carbone-carbone, conférant ainsi à la molécule une bonne résistance chimique, une inertie électrique et une grande stabilité.

Histoire intéressante du PTFE –

Comme beaucoup d'autres grandes découvertes, le PTFE a été découvert par hasard. Roy J. Plunkett l'a découvert en 1938 alors qu'il travaillait pour DuPont dans le New Jersey. Son objectif initial était de créer un nouveau réfrigérant chlorofluorocarboné. Cependant, le tétrafluoroéthylène contenu dans la bouteille sous pression a cessé de s'écouler avant que le poids de celle-ci n'atteigne le seuil de « vide ».
Mais lorsque Plunkett a mesuré la quantité de gaz utilisée en pesant les bouteilles, il a commencé à s'intéresser à l'origine de ce poids et a finalement décidé de démonter les bouteilles.
Il découvrit que l'intérieur de la bouteille était recouvert d'une substance blanche, cireuse et lisse. Cette substance fut plus tard nommée perfluoroéthylène polymérisé, et le fer contenu dans le récipient agissait comme catalyseur.
Ce nouveau matériau a été breveté par la Kinetic Chemical Company en 1941 en tant que nouveau plastique fluoré, et la marque Teflon a été déposée en 1945. En 1961, la première poêle revêtue de PTFE fabriquée aux États-Unis a été commercialisée sous le nom de « The Happy Pan ». Depuis, les ustensiles de cuisine antiadhésifs sont devenus l'un des produits ménagers les plus courants, fabriqués par des milliers de fabricants dans le monde entier.

Caractéristiques et propriétés du PTFE –

Le PTFE se présente sous trois formes principales : granulés, dispersions aqueuses et poudres fines.
Les granulés de PTFE sont produits par polymérisation en suspension dans un milieu aqueux avec peu ou pas de dispersant. Ils sont principalement utilisés dans les procédés de compression, de pressage isostatique et d'extrusion par piston.
Les dispersions de PTFE en phase aqueuse utilisent la même polymérisation en milieu aqueux, avec une quantité accrue de dispersant et un mélange plus poussé. Elles sont principalement utilisées dans les procédés de revêtement et de coulée de films.
Le PTFE en poudre fine est obtenu par polymérisation en émulsion contrôlée de petites particules blanches. Ces poudres peuvent être transformées en paillettes par extrusion de pâte ou par ajout d'additifs pour améliorer leur résistance à l'usure.
Parmi les autres propriétés remarquables du PTFE, on peut citer son excellente résistance aux hautes et basses températures, son isolation électrique, son inertie chimique, son faible coefficient de frottement (0.08 statique et 0.01 dynamique) et ses propriétés antiadhésives sur une large plage de températures (-260 à 260 °C).
Le PTFE est l'un des matériaux les plus fiables en termes de résistance chimique. Il ne sera attaqué que par les métaux alcalins fondus, les halogénures organiques tels que le trifluorure de chlore (ClF3) et le difluorure d'oxygène (OF2), et le fluor gazeux à haute température.
Le PTFE possède également des propriétés mécaniques impressionnantes, mais reste inférieur à celles d'autres plastiques techniques à température ambiante. L'ajout de charges s'est avéré une méthode efficace pour pallier cet inconvénient. Dans sa plage de températures normale, le PTFE présente plusieurs propriétés mécaniques intéressantes. Ces propriétés sont toutefois influencées par des paramètres de mise en œuvre tels que la température de frittage, la pression de préformation, la vitesse de refroidissement, etc. Les propriétés du polymère, comme la masse molaire, la taille des particules et leur distribution, peuvent également avoir un impact négatif sur les propriétés mécaniques.
Le PTFE possède d'excellentes propriétés d'isolation électrique, une faible constante diélectrique et une tension de tenue diélectrique élevée. Sa très faible constante diélectrique (2.0) est due à la structure symétrique complexe de la macromolécule.
Les matériaux en PTFE présentent également de bonnes propriétés thermiques, sans dégradation significative en dessous de 440 °C.
Il est également sujet à la dégradation aéroportée et aux attaques radioactives, à partir d'une dose de 0.02 Mrad.
Les matériaux PTFE traditionnels présentent également certains inconvénients, notamment :
Glissement et port sensible
Il ne peut être traité par des méthodes d'usinage à l'état fondu, et les méthodes appropriées sont souvent non conventionnelles et complexes.
Difficultés d'adhésion
Changement dimensionnel important à proximité de la température de transition vitreuse.
faible résistance aux radiations
Corrosif et susceptible de produire des fumées toxiques.

Avantages de l'ajout de charges –
La charge/l'additif est essentiel pour augmenter la porosité du composé PTFE et affecte donc les propriétés électriques – il réduit la rigidité diélectrique tout en augmentant la constante diélectrique et le facteur de dissipation.
Les charges peuvent améliorer les performances du PTFE à hautes et basses températures.
La modification des propriétés chimiques dépend toutefois largement du type d'additif utilisé. En général, elle donne également des résultats positifs.

Applications -
Les thermoplastiques fluorés sont généralement utilisés dans des applications hautes performances grâce à leur résistance aux hautes températures, leur grande pureté, leur inertie chimique, leurs propriétés antiadhésives et autolubrifiantes. Voici quelques-unes des utilisations les plus courantes du PTFE :
Ingénierie – roulements, surfaces antiadhésives, sièges de soupapes, bouchons, raccords, soupapes et pièces de pompes.
Médical – Patchs cardiaques, greffes cardiovasculaires, remplacements ligamentaires.
Industrie chimique – revêtement de pompes, diaphragmes, turbines, échangeurs de chaleur, autoclaves, cuves de réaction, réservoirs de stockage, conteneurs, etc.
Automobile – joints de queue de soupape, joints d'arbre, joints d'étanchéité, joints toriques, gaines de durites de carburant, direction assistée, transmissions, etc.
Électricité et électronique – circuits imprimés flexibles, isolation électrique, etc.

Meilleure technologie pour le traitement du PTFE –
La structure rigide des chaînes polymères du PTFE rend sa transformation par les méthodes conventionnelles telles que le moulage par injection et l'extrusion extrêmement difficile. De plus, sa viscosité à l'état fondu et sa température de fusion très élevées ne facilitent pas sa mise en œuvre. La métallurgie des poudres est une technologie de transformation idéale pour le PTFE.
Frittage, moulage par compression, pressage, estampage ou extrusion de pâte, estampage à chaud, usinage et extrusion de poudres préfrittées sur des machines spéciales.
L'extrusion de pâte consiste à mélanger du PTFE avec des hydrocarbures pour fabriquer des rubans, des tubes et des isolants pour câbles. Les hydrocarbures s'évaporent avant le frittage des pièces.
Plage de fonctionnement : -200 °C à 260 °C.

Questions fréquemment posées -
1. Le PTFE provoque-t-il le cancer ?
Il a été démontré que le PTFE est toxique pour la santé humaine car il contient une substance cancérigène appelée PFOA. Cependant, il n'y a pas lieu de s'inquiéter car les revêtements antiadhésifs en PTFE ne contiennent plus cette substance.
2. À quoi sert un tuyau en PTFE ?
Machine d'extrusion de tubes/feuilles en plastique : les tubes en PTFE sont principalement utilisés pour les laboratoires, où la résistance chimique et la pureté sont primordiales. Le PTFE possède un coefficient de frottement extrêmement faible et est reconnu comme l'une des substances les plus glissantes connues.
3. De quel type de plastique s'agit-il ?
Le PTFE est un polymère thermoplastique, un fluoropolymère composé d'atomes de carbone et de fluor.
4. À quoi sert une feuille de PTFE ?
La feuille de PTFE est utilisée dans diverses applications telles que les joints encapsulés et les garnitures d'étanchéité en PTFE. Elle présente une excellente résistance aux gaz, à l'eau, aux produits chimiques, aux carburants et aux huiles.